大电流 LDO实现直接并联和高功率密度

低压差线性稳压器(LDO)长期以来被认为是低性能的廉价器件，尤其是在与相对复杂的开关稳压器相比时更是这样，不过，性能提高已经给简单和不显眼的LDO 注入了新的活力。电源设计师正在从LDO性能的以下改进中获益。

* 压差电压更低，允许以更高效率转换。

* LDO 并联方法已经得到极大简化。并联 LDO 将所散出的热量分散到印刷电路板上，减少了热点。

* 更低的输出电压与低压电源轨需求相匹配。

* 低静态电流延长电池工作时间。

* 负载突降保护和更高的输入电压性能规格保护器件免受系统瞬态电压影响，允许器件应用于汽车和严酷的工业环境。

* 电池反向和反向电流保护功能保护器件和周围系统，提高总体可靠性。

* 低输出噪声减轻对系统电磁干扰(EMI)的担忧。

* 耐热增强型封装更高效率地将热量从系统中散发出去。

这些特点加上设计简单性，已经使 LDO 逐步占据了以前由开关稳压器占领的1A~5A应用领域。

现代表面贴装印刷电路板

系统受到的限制

热量

随着更加复杂的制造技术、多层印刷电路板、更小和更薄的分立组件，以及更薄的集成电路封装的出现，表面贴装电路板设计也在逐步演变。制造技术的理想境界是，所有组件都是表面贴装型的。问题是电源散热。总的来说，电源输出电流受到表面贴装集成电路功耗的限制，功耗大约为 2W。电流较高时，传统的线性稳压器需要散热器，从而排除了全表面贴装解决方案。一种可替代方案是高性能开关稳压器，这种稳压器提高了复杂性、成本和噪声。另一种可替代方案是并联多个共享负载的线性稳压器。这提高了可用输出电流，并将耗散的功率分散到表面贴装系统中更大的区域上。传统 LDO 很难并联，但是新一代 LDO (如LT3080) 就非常容易并联，甚至在电流非常高时也一样。

低输出电压

新型高性能数字电路需要低于 1.2V 的电压，而且所需电压还会继续降低。传统线性稳压器采用 1.2V 基准，这个基准电压被升压以产生一个等于或高于 1.2V 的稳定输出。如果不在电路上做文章、增加外部组件，那么低于 1.2V 的输出电压是不可能实现的。而只有新一代线性稳压器能产生低于 1.2V 的电压。LT3080 的电流源架构允许它产生低至 0V 的输出电压。

一种新型架构

——并联 1.1A NPN LDO

印刷电路板上的并联线性稳压器可以分散热量，与单个集成电路相比可以提高最大输出电流，并有助于保持低的电路板峰值温度。传统上，这一直需要一个外部运算放大器和几个电阻来实现。LT3080则是高性能 1.1A 低噪声 LDO，具有 NPN 功率电路，它可以非常容易地直接并联(见图 1)。这是由 LT3080 的独特架构决定的。该器件用精确电流源取代了传统 LDO 电压基准，这允许多个稳压器用一段非常短的印刷电路板走线作为镇流器来共享电流。可并联的稳压器没有数量限制。



0V 输出能力和用单个电阻设置 VOUT

这种基于电流基准的新架构还使得用单个电阻设置低至0V的 VOUT成为可能。有了这种提供零输出的能力，LT3080 就能够完成对系统某些部分断电的任务。已微调的 10mA ±1% 电流基准通过 SET 引脚提供。在 SET 引脚和地之间连入单个电阻，以产生成为误差放大器基准点的电压。这个基准电压是 SET 引脚电流和电阻值直接相乘得出的。输出电压可以是从零直到由输入电源决定的最大值之间的任何电压。需要 1mA 的最低负载电流，以在任何输出电压情况下保持稳压。如图 2 所示。



输入电压能力是 1.2V~36V(绝对最大值为 40V)。压差电压在满负载时低至 300mV (两个电源工作)，从而限制了功耗并提高了系统总体效率。在10Hz~100kHz的带宽范围内，输出噪声仅为 40mVRMS。

保护功能包括折返限流和热停机。该电路的直接并联及宽 VIN 和 VOUT、严格的电压和负载调节、高纹波抑制能力，以及使用很少的外部组件使其非常适用于现代多电源轨系统。

通路晶体管的集电极增加了分散热量的途径。还可以用外部电阻以非常低的成本进一步分散热量。

主要设计难题：不同情况下需要不同的保护

电池反向保护

在由电池供电的系统中，当最终用户将电池插反或接反时，可能引起损坏。在这种情况下，如果电路遭受了反向电压电源, 则将会有很大的电流通过硅片中的寄生结点流至地，因而有可能毁坏电路中易损的结点。增加二极管可以起保护作用，但是在电池和电源轨之间引入二极管压降会浪费功率，并降低电源电压。片上解决方案不仅保护了电路和负载，而且去掉了因增加外部组件而引起的问题。

输出电压反向保护

这种保护措施在以下情况下，可防止反向电流流过电路的寄生体二极管：

* 反向输出电压

* 负载返回到负电源

* 负电源在 VIN之前被接通

* 输出在加电时处于负压轨电压

限流/短路保护

线性稳压器如果被迫提供过大的电流，就有可能损坏。这类保护电路在短路或过载情况下启动，这时 VOUT VIN，限流电路防止过大的电流从 VIN 流向 VOUT。

在短路情况下，不仅通路晶体管提供过大电流，通路晶体管上的电压也处于最大值(因为 VOUT为地电平，晶体管上的电压为 VIN)。线性稳压器一般在芯片上使用两种短路保护电路之一：恒定限流或形式更复杂的折返限流。给限流值增加折返量(或安全工作区(SOA)保护)在输入电压提高时降低了限流值，以保持功率晶体管处于安全工作区。